Структурный отказ происходит, когда конструкция, такая как здание, разрушается или физически выходит из строя аналогичным образом. Существует множество причин разрушения конструкций, как естественных, так и техногенных. В некоторых случаях причиной может быть проект или фактическая конструкция здания, в то время как в других случаях причиной является небрежность, перегрузка или стихийное бедствие. Датчики и математические модели используются при проектировании и обслуживании зданий, чтобы уменьшить и контролировать возможность разрушения конструкции.
Когда здание строится, в проекте учитывается количество механических напряжений или нагрузок, которые оно может испытать. Факторы возможного стресса включают форму и предполагаемое использование здания — например, высотное офисное здание физически отличается от многоуровневого гаража или одноэтажного жилого дома. Каждое из этих зданий будет реагировать на большие нагрузки, ветер, дождь и землетрясения по-разному.
Материал тоже важен. Например, стальные рамы и большое количество строительного стекла, используемые в небоскребах, придают этим высоким зданиям гибкость, необходимую для противостояния силе сильного ветра. Остроконечные черепичные крыши на домах в холодном климате позволяют снегу соскальзывать, а не накапливаться при больших нагрузках и создавать вес, который может привести к обрушению крыши — распространенному типу разрушения конструкции. Кирпичные здания, хотя и менее подвержены пожару, чем деревянные, могут быть более опасными в случае землетрясения, поскольку тяжелая кладка может обрушиться и создать опасную опасность для находящихся внутри.
Разрушение конструкции может произойти из-за недостатка конструкции, если те, кто проектировал здание, не приняли во внимание его расположение, форму и предполагаемое использование. Это также может произойти из-за небрежного или неправильного использования здания — например, из-за чрезмерной загрузки его людьми или лишнего веса таких предметов, как оборудование. Эти случаи обрушения здания являются антропогенными, и их можно предотвратить путем математического моделирования возможных нагрузок на здание в процессе проектирования и соблюдения этих рекомендаций в течение всего срока службы здания.
Стихийные бедствия и погодные явления часто могут представлять более серьезную угрозу. Сильный ветер, пожар, вес дождя или снега и землетрясения могут привести к разрушению конструкции. Хотя эти факторы максимально учитываются при проектировании и строительстве, несчастные случаи все же случаются. Неожиданная коррозия металлического элемента каркаса из-за просачивания воды может привести к обрушению конструкции. Дефекты бетонных смесей, используемых в фундаментах зданий, могут привести к растрескиванию и, в конечном итоге, разрушению.
Чтобы уменьшить эти опасности, инженеры часто используют сенсорные системы, установленные внутри конструкции. Устройства, называемые акселерометрами, могут измерять вибрацию и используются для оценки работы мостов. Тензодатчики и волоконная оптика могут использоваться для обнаружения повреждений конструкций, вызванных напряжением и нагрузкой. Эти и другие подобные сенсорные устройства помогают инженерам прогнозировать и предотвращать возможные структурные разрушения.
